如何提高晶振的抗焊裂性能?

作者： 揚(yáng)興晶振 日期：2022-01-12 瀏覽量：

  石英晶振器件用于各種車載電子設(shè)備，例如汽車音頻設(shè)備、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、胎壓監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)、電動車窗等。作為這些機(jī)載電子設(shè)備的環(huán)境測試，進(jìn)行了高溫和低溫之間的重復(fù)測試(熱循環(huán)測試)。

  尤其是在惡劣和影響生命的環(huán)境中使用的石英裝置，例如發(fā)動機(jī)控制和TPMS這需要非常嚴(yán)格的抗熱循環(huán)性。石英器件安裝在印刷電路上帶有焊料的電路板。

  車載石英晶振

  然而，熱循環(huán)的重復(fù)導(dǎo)致焊料中的裂紋問題接合石英器件和印刷電路板。本文闡述了焊接裂紋產(chǎn)生的機(jī)理和防治措施。

  焊接裂紋產(chǎn)生的機(jī)理

  形成石英器件的陶瓷封裝之間的熱膨脹系數(shù)不同(下文稱為“封裝”)和印刷電路板。當(dāng)熱循環(huán)重復(fù)時(shí)熱膨脹系數(shù)導(dǎo)致負(fù)載作用在焊接部分上，并在那里產(chǎn)生裂紋?？紤]到在低溫下在焊接部分的外部區(qū)域中出現(xiàn)的裂紋延伸到隨著熱循環(huán)重復(fù)焊接部分。

  在提供最佳條件的石英晶體振蕩器器件上形成的端子的配置通過模擬。為了驗(yàn)證允許應(yīng)力溢岀的方法以及對端子占用面積的影響，對以下三種模式進(jìn)行了模擬。

  模擬結(jié)果

  闡明裂紋從應(yīng)力最大的位置部分在紅色到應(yīng)力最小的位置藍(lán)色部分)。圖中用不同的方法獲得的結(jié)果。

  應(yīng)力和裂紋延伸方向

  普通產(chǎn)品帶四個(gè)端子的產(chǎn)品對于所有四個(gè)端子，一條裂縫從封裝角延伸至中心。兩側(cè)各有兩個(gè)端子的產(chǎn)品從包裝角向中心延伸出一條裂縫。與具有四個(gè)端子的產(chǎn)品相比，裂紋可以延伸的距離在物理上延長，因此，直至由裂紋引起的電斷裂的壽命(以下稱為“基于焊接的壽命”)變長了。

  有兩個(gè)對角相對端子的產(chǎn)品將兩個(gè)端子設(shè)置成對角相對配置應(yīng)力最小的位置，從端子長邊的中心偏移。這使得裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，焊料基壽命變得更長。

  這些模擬的結(jié)果顯示，使用以下石英晶振產(chǎn)品時(shí)，基于焊料的壽命變得最長兩個(gè)對角相對的端子。換句話說，當(dāng)終端占用的面積相同時(shí)，配置兩個(gè)對角相對的端子中的一個(gè)可以說是對抗裂紋的最佳條件。基于焊接的壽命具有兩個(gè)對角相對端子的產(chǎn)品具有兩個(gè)端子的產(chǎn)品。

  基于凸點(diǎn)形成的焊接裂紋對策

  其次，改進(jìn)貼片晶振產(chǎn)品的有效性，在每個(gè)相對側(cè)上具有兩個(gè)端子，其中凸起是通過模擬驗(yàn)證了在端子上形成作為加厚焊料層的手段。每個(gè)終端都有兩個(gè)終端的產(chǎn)品

  下面是作用在焊接部分上的失真(失真在焊料厚度方向上膨脹或收縮)。

  注意:等高線圖是等高線之間的區(qū)域用顏色填充的等高線圖

  高溫和低溫下焊接部分外部區(qū)域的變形分布

  1)無凸起時(shí)，低溫裂紋產(chǎn)生的區(qū)域接近高溫畸變增大的區(qū)域;結(jié)果，裂紋容易擴(kuò)展。

  形成凸起可防止裂紋在高溫下沿直線延伸，并可限制裂紋發(fā)生后的延伸。

  2)從上文所述的結(jié)果來看，模擬顯示，當(dāng)提供凸起時(shí)，裂紋與延伸方向成角延伸，因此裂紋向內(nèi)部延伸。另外還闡明，高溫下外部區(qū)域的變形變?yōu)樨?fù)(收縮)，并且在端子部分處形成凸塊作為延長基于焊料的壽命的措施是有效的。

  總結(jié)

  由于貼片晶振封裝和印刷電路板之間熱膨脹系數(shù)的差異引起的變形，產(chǎn)生焊料裂紋。上述模擬已經(jīng)從端子配置的效果方面闡明，對角相對端子的配置導(dǎo)致裂紋在從長邊的中心部分偏移的方冋上延伸，并且焊料基壽命進(jìn)一步延長。當(dāng)出現(xiàn)裂紋時(shí)，變形的膨脹導(dǎo)致裂紋膨脹和擴(kuò)展。然而，在形成凸塊的情況下，焊接部分的外部區(qū)域中的變形在高溫下變成負(fù)的，并且防止裂紋延伸。

  此外，凸起的存在導(dǎo)致裂縫在右下角方向延伸。與焊接裂紋相關(guān)的機(jī)械斷裂是由于封裝和印刷電路板之間的剝離而不能確保電連接。這不受底部裂紋可能延伸的影響。在端子上形成凸塊使得能夠獲得這兩種效果，這為產(chǎn)品提供了高的熱循環(huán)性能。

推薦閱讀

• 如何用萬用表判斷晶振的好壞
  晶體振蕩器
• 晶振怎么測量好壞
  晶振
• YXC揚(yáng)興科技 | 知識科普：一文看懂有源晶振和無源晶振的區(qū)別
  晶體振蕩器
• 數(shù)字音頻丨高品質(zhì)晶振應(yīng)用選型篇
  每一個(gè)懂得品味人生的人，都知道如何與音樂共處。音樂就是如此重要，音響也成為生活的必備品，隨著生活品質(zhì)的提升，人們對音質(zhì)的要求越來越高，高端音響大多數(shù)都帶有數(shù)字電路，其中數(shù)字音頻處理器模塊用到的晶振精度越高，音效會越好，高品質(zhì)晶振可降低本身帶來的噪聲，對音頻處理器。